[发明专利]一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头和方法

说明书

本发明公开了一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头和方法，所述的测量探头包括外壳和设置在外壳内的固定环、温度传感器、圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片、圆柱形横波超声压电陶瓷晶片，所述的圆柱形横波超声压电陶瓷晶片设置在外壳内中部且与螺栓贴合，所述的圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片设置于圆柱形横波超声压电陶瓷晶片上方，所述的固定环设置外壳内壁上且与螺栓固定，所述的温度传感器设置在固定环和圆柱形横波超声压电陶瓷晶片之间且与螺栓接触，所述的外壳内部间隙设置背衬。本发明带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头与待测螺栓装卸方便，测量准确，更适合开展螺栓预紧力的在线实时监测。

技术领域

本发明属于输电铁塔螺栓连接结构健康监测领域，特别涉及一种基于超声热声弹性效应的带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头和方法。

背景技术

电力输电系统是国家重要战略工程之一，输电铁塔连接结构作为该系统的关键硬件载体，其自身服役安全性和可靠性很大程度上取决于螺栓结构的连接强度，这是由于螺栓连接结构的刚度和阻尼特性决定了输电铁塔整体结构的静强度和动强度特性，而其刚度和阻尼特性同螺栓连接结构的预紧力密切相关。螺栓连接结构在预紧安装后的服役阶段，受环境载荷作用，会发生预紧力丢失乃至松动，所以亟需发展相应的螺栓松动状态健康监测技术，保证输电铁塔连接强度。

公开号为CN111611706A的中国发明专利申请公开了一种螺纹连接件预紧力估测方法、存储有螺纹连接件预紧力估算程序的计算机可读介质，属于螺纹连接件维护领域，包括使用纵波测量在役螺纹连接件的纵波时差Δt_L，使用横波测量在役螺纹连接件的横波时差Δt_T，横波的频率低于纵波的频率；根据螺纹连接件的形状函数Γ获取螺纹连接件预紧力FP；该发明引入了螺纹连接件的形状函数，提高了螺纹连接件预紧力的估测精度。但是，该专利并没有考虑温度的影响，即忽略了温度变化对螺栓形变和纵横波波速的影响，具有一定的不准确性。

公开号为CN109668672A的中国发明专利申请公开了一种超声螺栓预紧力测量方法，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于所述声时差计算螺栓的伸长量，根据所述伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。该发明能够精确测量首次紧固时螺栓的预紧力以及在役螺栓的残余预紧力，达到精确控制螺栓预紧力的目的。但是，该专利仅仅基于超声纵波单波信号，需要在每次紧固时候对螺栓应力测量数据进行基准状态标定，难以满足螺栓在役状态下的健康状态监测技术要求。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头，包括外壳和设置在外壳内的固定环、温度传感器、圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片、圆柱形横波超声压电陶瓷晶片，所述的圆柱形横波超声压电陶瓷晶片设置在外壳内中部且与螺栓贴合，所述的圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片设置于圆柱形横波超声压电陶瓷晶片上方，所述的固定环设置外壳内壁上且与螺栓固定，所述的温度传感器设置在固定环和圆柱形横波超声压电陶瓷晶片之间且与螺栓接触，所述的外壳内部间隙设置背衬。

优选地，所述的外壳为铝质合金圆柱形外壳。

优选地，所述的背衬材质为环氧树脂材料。

优选地，所述的固定环为环状吸附磁铁，所述的吸附磁铁与螺栓吸合。

优选地，所述的温度传感器为圆环形热敏材料温度传感器。

优选地，所述的外壳上还设置接插件。

一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，包括以下步骤：

S1：通过延时激励方法依次激发横波和纵波电信号，分别通过横波和纵波超声压电陶瓷晶片转换为机械波，记录入射波时间，并通过结合界面沿着螺栓轴线由螺栓头部向尾部传播；